Аксиально-поршневой насос с наклонным диском

– угол наклона диска.

5.8. Ход поршня:

.

В соответствии с ГОСТ  6636 – 69, принимаем ход поршня .

5.9. Проверочный расчет:

5.10. Погрешность  расчета:

5.11. Наружный диаметр блока:

.

5.12. Длина цилиндра:

.

5.13. Длина поршня:

.

5.14. Дезаксиал:

.

5.15. Расчетная мощность насоса:

,

где    – давление нагнетания,  ;

.

5.16. Приводная мощность:

,

где    – механический КПД,  ;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Кинематический расчет роторной

аксиально-поршневой гидромашины

 

В данной части курсового  проекта представлен расчет перемещения, скорости и ускорения поршней  в зависимости от угла поворота ведущего вала.

 

6.1. Перемещение  поршня

 

6.1.1 Текущее значение  хода поршня с учетом угла поворота вала определится по выражению:

(м),

при :   .

Представим график перемещения  поршня от угла поворота вала (рис. 3):

(м)

 

Рис.3. График перемещения  поршня от угла поворота вала

 

6.1.2 Аналогичным способом  находим перемещение для других  поршней (ниже перечисленные значения  рассчитаны в метрах):

;

;

;

;

;

;

.

Рис.4. Графики перемещения  поршней от угла поворота вала

 

 

6.2. Скорость поршня

 

6.2.1 Относительное значение скорости поршня с учетом угла поворота вала определится по выражению:

(м/с),

где   w – угловая скорость;   (рад/с).

при :   .

Представим график скорости поршня от угла поворота вала (рис. 5):

(м/с)

Рис.5. График скорости поршня от угла поворота вала

 

6.2.2 Аналогичным способом  находим скорости для других  поршней (ниже перечисленные значения  рассчитаны в м/с):

;

;

;

;

;

;

.

   

 

Рис.6. График  скорости поршней от угла поворота вала

 

 

6.3. Ускорение поршня

 

6.3.1 Относительное значение  ускорения поршня с учетом  угла поворота вала  определится по выражению:

(м/с²),

при :   .

Представим график перемещения  поршня от угла поворота вала (рис. 7):

(м/с²).

Рис.7. График ускорения  поршня от угла поворота вала

 

6.3.2 Аналогичным способом  находим ускорения для других  поршней (ниже перечисленные значения рассчитаны в м/с²):

;

;

;

;

;

;

.

 

Рис.8. График ускорения  поршней от угла поворота вала

 

 

 

 

 

7. Определение  подачи насоса

 

В данной части курсового  проекта представлен расчет подачи одним поршнем, суммарная подача, коэффициент неравномерности подачи.

 

7.1. Подача одного поршня

 

7.1.1 Расчетное значение  подачи поршня с учетом угла  поворота вала определится по выражению:

(м³/с),

при (т.е. от 0 до p, что будет соответствовать подаче поршня):

.

Представим график подачи поршня от угла поворота вала (рис. 9):

Рис.9. График подачи поршня от угла поворота вала

 

 

7.1.2 Аналогичным способом  находим подачи других поршней  (ниже перечисленные значения  рассчитаны в м³/с):

;

;

;

;

;

;

.

Представим график подач  для каждого поршня (рис.10):

Рис.10. График подачи поршней  от угла поворота вала

 

 

7.2. Суммарная подача поршней

 

Для определения суммарной  подачи насоса в зависимости от угла поворота ведущего вала необходимо сложить  подачи поршней находящихся в  зоне нагнетания:   ;

Рис.11. График суммарной подачи поршней

 

 

7.3. Неравномерность подачи насоса

 

Определим коэффициент  неравномерности подачи:

,

где   – максимальное значение текущей подачи,  (м³/с);

– минимальное значение текущей  подачи,  (м³/с);

– среднее значение текущей подачи,  .

.

 

7.4. Способы устранения неравномерности подачи

 

1. Установка воздушных колпаков.

2. Оптимальная величина дезаксиала  .

3. Неравномерное угловое расположение осей цилиндров в блоке.

 

8. Динамический расчет роторной

аксиально-поршневой гидромашины

 

В данной части курсового  проекта представлен расчет действующих сил и моментов в узлах и агрегатах гидромашины.

 

8.1. Силы инерции поршня

 

8.1.1 Сила инерции массы m поршня насоса с наклонным диском в относительном движении в цилиндре можно вычислить по уравнению:

(Н),

где   m – масса поршня,  ;

d₁ – диаметр полости поршня,  d₁ = 0,010 м;

L₁ – длина полости поршня,  L₁ = 0,048 м;

r – плотность материала поршня,  r = 7850 кг/м³ (в данном случае поршни изготавливаются  из цементуемой стали 12ХНЗА) (кг).

Тогда сила инерции поршня будет равна:

.

Представим график изменения  силы инерции массы m поршня от угла поворота вала (рис. 12):

(Н)

Рис.12. График изменения силы инерции массы m поршня от угла поворота вала

 

 

8.1.2 Аналогичным способом  находим силы инерции в относительном  движении других поршней (ниже  перечисленные значения рассчитаны  в Н):

;

;

;

;

;

;

.

 

Рис.13. Силы инерции в  относительном движении  поршней

 

8.1.3 Сила инерции массы m поршня насоса с наклонным диском во вращательном (переносном) движении (центробежная сила) можно вычислить по уравнению:

(Н),

где   r – расстояние от оси вращения до центра тяжести поршня,  r = R_б = 0,03м.

(Н).

 

8.2. Крутящий момент на валу машины

 

Осевое усилие давления жидкости на поршень развивает при расположении блока цилиндров и наклонного диска под углом крутящий момент, передаваемый на вал машины. Данной гидромашине давление жидкости на поршни создает крутящий момент на блоке цилиндров. Этот момент преодолевается приводным двигателем.

8.3.1 Расчетный крутящий  момент развивается силой Р давления жидкости р.

(Н).

Эту силу разложим на нормальную и тангенциальную.

Нормальную составляющую N силы Р можно вычислить по формуле:

(Н).

Тангенциальную составляющую:

(Н).

Крутящий момент M_кр., развиваемый одним поршнем, равен произведению нормальной к оси поршня составляющей усилия P давления жидкости на поршень и переменного плеча :

(Н×м).

Представим график изменения  крутящего момента от угла поворота вала (рис. 16):

Рис.16. График изменения  крутящего момента от угла поворота вала

 

8.3.2 Аналогичным способом находим крутящие моменты для других поршней (ниже перечисленные значения рассчитаны в Н×м):

;

;

;

;

;

;

. 

Рис.17. График крутящих моментов для поршней

 

8.3.3 Определим суммарный  крутящий момент:

Ниже представлен график  суммарного крутящего момента (рис. 18):

 

Рис.18. График суммарного крутящего момента

 

8.3. Неравномерность крутящего момента

 

Неравномерность крутящего момента в аксиально – поршневой гидромашине аналогично неравномерности ее подачи. При постоянном крутящем моменте в насосе мы имеем неравномерность его подачи.

Определим коэффициент  неравномерности крутящего момента:

,

где   – максимальное значение текущего крутящего момента, 

(Н×м);

– минимальное значение текущего крутящего момента, 

(Н×м);

– среднее значение текущего крутящего  момента, 

.

.

 

 

9. Прочностной  расчет

 

В данной части курсового  проекта представлен прочностной расчет поршня и приводного вала гидромашины.

 

9.1 Расчет поршня на изгиб.

Рис. 12

Тангенциальная составляющая усилия P:

 

Крутящий момент, развиваемый одним  поршнем:

Тангенциальная составляющая Т развивает крутящий момент и одновременно изгибает поршень.

M – изгибающий момент, Нм

W – момент сопротивления при изгибе, см³

В поперечном разрезе имеем круглое  полое сечение:

d=10 мм – диаметр полости

D=20 мм – диаметр поршня

см³

 Допускаемое напряжение изгиба  для стали 12ХНЗА

Так как  , то условие прочности выполняется

 

 

 

                        9.2Расчет на прочность вала

 

Как одну из наиболее ответственных  деталей, будем рассчитывать на прочность  вал. Основной функцией вала является передача крутящего момента, а потому расчет будем вести по условию  прочности при кручении. Условие  прочности будет иметь вид:

 

,

 

где:

 – допускаемое касательное  напряжение (для стали 40Х –  220 МПа)

- максимальный крутящий момент,

 – полярный момент сопротивления  круга:

Подставим формулу для  определения полярного момента  сопротивления в условие прочности и выразим диаметр вала. Получим:

.

 

Округлим полученное значение до d= 16 мм